软弱破碎地层偏压小净距隧道群施工力学响应研究

软弱围岩条件下,偏压小净距隧道群施工极易诱发围岩失稳,造成施工安全事故。 以大山隧道工程为依托,基于有限元分析软件 ABAQUS建立数值模型,研究地层条件、隧道净距以及隧道埋深等因素对软弱围岩条件下偏压小净距隧道群施工的影响,分析施工诱发的围岩变形规律及其受力特点。研究表明:由于地层偏压的影响,小净距隧道施工引起的围岩变形规律具有显著的非对称性特点;在竖向位移和水平位移叠加的情况下,左右两侧机动车隧道顶部呈现更大范围W形沉降槽;围岩条件越差,隧道埋深越小,净距越小,隧道施工诱发的围岩变形越大;围岩的力学性质直接影响衬砌结构的受力状态,靠近中夹岩处的衬砌结构受力状态更不利。     

隧道围岩动态变形规律及控制技术研究

基于前人既有研究成果和日本龟浦隧道围岩变形试验,结合郑西客运专线大断面黄土隧道围岩大变形的工程实践,阐述隧道施工影响下围岩变形动态规律,提出围岩变形控制的技术要点和技术措施,并提出相应的围岩变形控制建议.研究结果表明：隧道开挖后的围岩变形可分为掌子面前方的先行变形、掌子面变形及掌子面后方变形3种形式,且这3种变形是同时发生的.控制开挖工作面失稳、拱顶失稳、拱脚下沉和围岩大变形等是隧道围岩变形控制的要点.开挖过程控制和辅助工法控制是隧道围岩变形控制的重点,其中初期支护及时闭合和合理辅助工法的选取是关键.     

昔格达组地层深埋隧道围岩压力计算方法探讨

分布于我国攀西地区的昔格达组地层是一种河湖相沉积半成岩,遇水软化、易崩解,工程性质介于极软岩与土之间,极易出现拱架扭曲或剪断、喷射混凝土掉块、初支侵限,甚至坍塌冒顶等病害,给昔格达地层隧道施工带来了极大的困难。以成昆铁路扩能工程米易至攀枝花段桐梓林隧道为依托工程,通过现有围岩压力计算理论、经验公式与现场测试结果对比分析,对昔格达组地层铁路隧道围岩压力分布规律进行了研究。研究结果表明:《铁路隧道设计规范》垂直匀布压力计算值大于现场实测值,围岩压力竖向分量最大值位于拱顶处,且自拱顶至墙腰处逐级递减。天然含水率条件(约27%)下,昔格达组地层隧道开挖后拱部围岩压力竖向分量较小,边墙处围岩压力水平分量较大。     

大断面浅埋土质隧道施工工法优化分析

为探明大断面浅埋土质隧道在不同施工工法开挖下的变形及支护力学响应特征,寻求适用的工法,以宁安铁路钟鸣1号隧道工程为依托,采取现场试验与数值模拟相结合的方法,研究该类隧道在3种不同工法下的洞周及地表变形、围岩塑性区分布范围、初期支护及二次衬砌内力变化规律。研究结果表明：大断面浅埋土质隧道围岩变形有明显的空间效应,开挖面处预收敛变形所占比例约40%-50%;CRD法与六步CD法施工在控制洞周及地表变形方面明显优于三台阶临时仰拱法,且开挖产生的围岩塑性区分布范围小,两者均能满足围岩及支护稳定性的要求,而CRD法较六步CD法施工工期稍长、造价稍高,因此六步CD法为该类地层隧道施工的优选工法。     

砂土地层盾构隧道稳定性三维离散元研究

为探明砂土地层盾构隧道掌子面的稳定性,以Chambon和Corté开展的模型试验为基础,采用三维离散元方法研究了隧道埋深对隧道掌子面稳定性的影响规律,并从细观角度解释了开挖面失稳机理.离散元模型引入了三维柔性应力边界,将模型试验中空气或流体压力对掌子面的支撑效应抽象为作用在掌子面颗粒上的指定支护压力,逐步减少该压力,结合地层变形精确得到极限支护压力.通过删除进入隧道轮廓内的砂土颗粒模拟盾构开挖,以考虑该施工力学行为对掌子面稳定性的影响.研究结果表明:隧道埋深与隧道直径之比小于等于1.0时,掌子面极限支护压力随埋深增加而增加,此后趋于稳定,砂土地层中极限支护压力比随埋深增加而减少,地表沉降突增点对应的支护压力小于掌子面极限支护压力,失稳区直接发展到地表,工程中应同时关注地表沉降与仓内支护压力以保证开挖面稳定;隧道埋深与隧道直径之比大于等于2.0时拱顶上方形成了稳定的塌落拱,延伸高度分别约为0.7D（隧道直径）~1.3D与0.9D~2.3D.      

深埋隧道内超前深孔降水模型试验

针对弱胶结富水粉细砂岩极易突水涌砂导致的隧道掌子面坍塌和初期支护开裂变形, 研究了深埋隧道内超前深孔降水方法, 建立了模拟隧道内超前降水的实体模型, 分析了3种降水管和3种抽水泵功率下各时刻模型的水位面变化, 采用三轴试验分析了粉细砂岩在高含水率下的破坏状态。研究结果表明: 降水试验模型切向断面上同一标高测点处中间水头低, 两侧水头逐渐升高, 呈抛物线形式, 反映了超前深孔降水规律; 粉细砂岩在高、低含水率下均呈塑性破坏, 破坏时的轴向应变小于5%;降水过程中地层含水率从20%下降到11%时, 粉细砂岩强度、黏聚力和内摩擦角达到最优稳定状态, 实现了开挖面无水状态; 隧道内超前降水参数应采用管径为65 mm的真空降水管和抽水功率为7.5 kW的真空泵, 且降水管应布置在超前掌子面20 m的隧道两侧边墙处; 在富水粉细砂岩深埋隧道内超前深孔预先降水并辅以注浆加固, 能够实现开挖期间粉细砂岩稳定, 为隧道顺利施工奠定了基础, 也避免了大埋深隧道从地表进行深井降水的困难。      

胡麻岭隧道富水弱胶结砂岩工程特性和施工方法

以胡麻岭特长铁路隧道为代表,第三系富水弱胶结砂岩地层成岩性差,遇水浸润(泡)易发生塑性流坍、滑移或产生外挤现象,施工难度极大。通过计算表明在大埋深、软流塑地层通过围岩加固和降水疏干采取矿山法施工可行。介绍了该地层暗挖施工工法、辅助工法及参数。施工实践证明技术体系适合,对胡麻岭隧道成功建设起到了重要技术支持作用。     

监控量测对隧道施工开挖与支护的指导性研究

对松散围岩隧道施工中常遇到围岩失稳和掌子面塌方冒顶等技术难题,结合嘉华大桥北桥头接线工程所处水文地质条件和隧道暗挖工程的施工特点以及隧道监控量测的数据,对掌子面塌方进行了成功监控,并对浅埋隧道的塌方机理进行了理论分析,阐述了隧道开挖施工中塌方事故的主要防控对策与预防措施。     

超浅埋偏压隧道洞口段施工变形控制

浅埋偏压隧道所处地质环境复杂,隧道围岩强度低、岩体破碎,地下水渗透,易导致围岩失稳。结合月麦岔隧道施工,通过数值模拟分析与现场监控量测,对浅埋偏压段施工围岩变形进行研究。结果得出:隧道开挖后,整个地层由于偏压作用发生了向右的变形,并且反压回填的锚固桩发生了一定的倾斜;隧道各塑性区未连通成片,山体基本处于稳定状态;隧道位移变形呈非对称分布,并且以沉降变形为主。经过衬砌弯矩最大的4个特征点的检算,可发现衬砌截面强度满足规范要求。研究表明:采取的施工方案及支护效果较为理想,变形及沉降量符合要求,可为解决浅埋偏压隧道洞口段施工变形控制问题提供参考。     

隧道围岩变形及支护刚度三维分析模型研究

鉴于既有力学模型在分析三维隧道施工力学问题时存在精度不高、计算资源要求高和计算时效不能满足工程要求等诸多困难,将隧道围岩视为半无限大或无限大弹性体,以作用于洞壁和掌子面处的等效作用力模拟隧道开挖效应,建立了一种深埋圆形隧道的三维分析模型.基于Mindlin解和Kelvin解分别推导了掌子面在洞口附近和掌子面远离洞口两种工况下围岩位移的积分计算公式,并编制了相应的计算程序,然后将待开挖介质视为"支护体",通过刚度分析将支护反力引入力学模型,推导了围岩变形的求解方程,可以快速计算隧道围岩变形场和围岩对支护结构刚度需求的量化值.研究结果表明:两种工况下围岩位移的分布规律基本一致,掌子面距离洞口较近时,隧道纵剖面围岩轴向位移最大值的解析和数值结果分别为6.1 mm和5.5 mm,隧道横截面掌子面处径向位移最大值分别为2.4 mm和2.6 mm,误差分别为9.8%和8.3%;在掌子面距离洞口较远的工况下,隧道纵剖面围岩轴向位移最大值分别为6.0 mm和5.7 mm,误差为5.0%;对于任选的一组隧道围岩和支护结构参数,考虑支护反力后计算得到的围岩纵向变形与数值分析结果吻合较好,超前位移分别为3.6 mm和3.0 mm,最终位移分别为9.1 mm和8.5 mm,误差分别为16.7%和6.6%;大岗山隧道2#压力管道的超期变形的计算结果和监测结果分别为0.4 mm和0.4 mm,最终变形分别为1.0 mm和1.1 mm,误差分别为0和10%.基于变形控制标准和新建力学模型可对围岩的刚度需求进行量化计算并指导支护结构设计参数的确定.     

水平旋喷超前预加固新技术在处理隧道坍塌方中的应用

在隧道发生坍塌方后围岩变得极不稳定,特别是在富水未成岩粉细砂地层中,易形成流塑状,导致二次坍塌,造成初期支护背后脱空,收敛变形,严重威胁到施工的安全和质量.详细介绍了兰渝铁路桃树坪隧道出口引进意大利水平旋喷超前预加固新技术对富水未成岩粉细砂层发生多次塌方后的处理技术.     

水平层状围岩隧道顶板变形特征及机理分析

隧道在开挖过程中,经常会经过水平层状围岩,这将给隧道施工带来很大的困难,造成安全事故.通过对水平层状围岩隧道顶板变形特征及机理分析得出:水平层状围岩在隧道顶板层面薄弱带附近由于不同步弯曲沉降产生分离,形成离层;水平岩层软硬相间,层间黏结力较差,隧道开挖后拱顶围岩稳定性较差,拱顶失稳几率较大;对于水平层状围岩地区要做好塌...     

大跨度绿泥石片岩隧道大变形机理与控制方法

依托宝鸡至汉中高速公路连城山隧道(双洞六车道),基于隧道变形和支护结构受力现场测试,分析了大跨度绿泥石片岩隧道大变形灾害特征和机理,总结了隧道大变形灾害综合控制方法,建立了大跨度绿泥石片岩隧道大变形分级标准,提出了各变形级别对应的支护参数。分析结果表明:大跨度绿泥石片岩隧道在开挖过程中以沉降变形为主,主要表现为拱部初期支护的整体沉降;在初期支护闭合后,主要表现为边墙的挤出变形和墙脚下沉引起的仰拱底鼓;大变形灾害主要表现为掌子面失稳垮塌、初期支护变形侵限破坏、锁脚锚管脱焊失效、二次衬砌开裂、边墙下沉以及仰拱回填隆起开裂;绿泥石片岩极其软弱、破碎及仰拱基底遇水软化,是造成隧道大变形灾害的根本原因;隧道开挖跨度大(最大开挖跨度为19.6 m)、断面扁平、拱脚地基承载力不足而缺乏有效约束,加剧了隧道支护变形侵限和失稳破坏;初期支护承载能力有限,围岩荷载不断传递至二次衬砌,是导致二次衬砌开裂的直接原因;围岩变形机制为拱部岩体黏聚力难以克服自重而产生不断向下的滑移和松动机制,以及墙脚和仰拱部位围岩低强度应力比引起的软岩塑性流动机制;通过采用“三台阶留核心土法+大预留+双层HK200b钢架分次支护+大直径锁脚锚管+围岩径向注浆+加深仰拱”的大变形灾害综合控制方法,同时对隧道大变形进行分级管理,有效避免了隧道大变形灾害的发生。      

严寒地区软塑粘土地层大断面浅埋隧道施工方案

东北隧道围岩大部分为粘性土,局部见砂层,部分地段含水量较高,围岩呈软可塑状态,自稳能力差。针对此特点,通过模型试验、室内理论分析和现场试验测试,系统研究比较了几种典型大断面隧道施工方案,选取了适合严寒地区大断面软塑粘土隧道施工的方法,并通过施工实践对隧道施工技术、施工工艺进行了深入研究和探讨,总结了一套严寒地区大断面浅埋软塑粘土隧道快速安全的施工技术。     

水平岩层客运专线隧道施工技术

客运专线隧道与一般传统隧道相比,断面面积大,施工工艺和施工质量要求高,小坡山隧道是石太客运专线重点控制工程之一,该隧道围岩水平岩层特点明显,若控制不当,开挖后超欠挖现象不可避免,从开挖方法、控制爆破以及支护手段等方面,对其水平岩层Ⅲ级围岩区段施工技术进行了探讨,实际施工情况证明,所提方法可靠、技术可行。     

昔格达路堤土工格栅加筋效果离心模型试验研究

以某在建昔格达填料路堤试验段为原型,进行了6组离心模型试验.通过测定模型顶面的沉降、模型内部的水平和竖向土压力,对高填方路堤中土工格栅的加筋效果进行了分析和研究,总结了土工格栅对高填方路堤的影响及作用,为昔格达填料路堤的设计和施工提供了依据.     

杨河隧道的变形控制标准与支护措施的关系

杨河隧道地质构造复杂,洞身出现长段落炭质片岩,岩体自身强度弱、稳定性差,遇水化泥,极易坍塌。隧道掘进后,围岩变形严重,导致初期支护钢拱架扭曲、坍塌,安全控制及施工难度大。根据实测变形时态曲线和围岩压力时态曲线,应用蠕变模型反演了岩石流变参数,分析了隧道炭质片岩地段施工大变形的机理和特征;提出了炭质片岩分级标准对应的防治措施。研究取得了复杂炭质片岩条件下软弱围岩大变形控制技术突破,形成了复杂炭质片岩条件下控制隧道大变形的快速施工方法。     

地质灾害预报技术在隧道施工中的应用

随着隧道逐渐向长、深方向发展,穿越的地质条件也越来越复杂,在施工中难免会遇到诸如岩溶突泥、突水,围岩大变形、岩爆、塌方等地质灾害问题。超前预测预报技术作为隧道勘察结果的进一步认识和补充,在隧道施工减灾、防灾和快速施工等方面发挥着重要的作用。通渝隧道施工中,采用物探技术进行超前预测预报,成功地预报了掌子面前方的地质信息,有效地指导了该隧道的安全、快速施工。     

基于AHP-模糊综合法的浅埋隧道施工风险评估

浅埋隧道受地质、地形、环境的影响,在施工中容易发生边坡坍塌、塌方(冒顶)、山体开裂、变形失稳等风险,结合宁安城际铁路隧道分析了浅埋隧道施工安全、工期、环境风险。介绍了基于AHP(层次分析法)的改进模糊综合法进行浅埋隧道施工风险评估的基本原理和步骤,建立了浅埋隧道施工风险层次分析模型,采用改进的模糊数构建风险发生可能性判断矩阵。最后通过风险系数确定了宁安城际铁路钟鸣一号浅埋隧道施工风险等级,结合隧道施工特点及风险评估结果,提出典型风险控制措施。